人造電子皮膚破損后可自行修復，有望造出有類似人類觸覺的機器人
2023-06-05 09:48:23
來源： 科技日報
據(jù)發(fā)表在最新一期《科學》雜志上的論文報道，美國斯坦福大學研究人員首次展示了一種多層薄膜傳感器，這種人造電子皮膚可在愈合過程中自動重新排列。這是模仿人類皮膚的關鍵一步。這一進步預示著一個機器人和假肢新時代或?qū)⒌絹?，未來它們將擁有類人觸覺的自愈合成材料制造的“皮膚”。
斯坦福大學博士生克里斯·庫珀表示，人類皮膚有很多層，在愈合過程中分工相當明確有序，每一層都會有選擇地自行愈合，以恢復整體功能。而新電子皮膚層可以模仿這一點，它也是由層組成的。它剛剛進化出免疫機制，通過涉及分子識別和信號傳遞的復雜過程，重建具有原始分層結(jié)構的組織。
研究人員介紹說，多層人造皮膚具有各自不同的功能層，每層薄至1微米，甚至更薄。10層或更多層堆疊在一起的厚度不超過一張紙。有的層可能感覺到壓力，有的層感覺溫度，還有的層具有張力。不同層的材料可以被設計成具有感應熱、機械或電氣變化的特性。
這種人造皮膚為何能自動重新修復？秘密就在每層的主干都是由長分子鏈組成的，這些長分子鏈通過動態(tài)氫鍵定期連接，就像將DNA鏈的雙螺旋連接在一起的分子鏈一樣，這使得材料可以重復拉伸而不會撕裂。
研究人員使用了聚丙二醇和聚二甲基硅氧烷，這兩種聚合物及其各自的復合材料是不混溶的，氫鍵使它們彼此很好地黏合在一起，從而創(chuàng)建了耐用的多層材料。
這兩種聚合物的優(yōu)點是，當加熱時，它們會變軟并流動，但冷卻時會凝固。因此，通過加熱人造皮膚，研究人員能夠加快愈合過程。在室溫下，愈合可能需要長達一周的時間，但當加熱到70℃時，約在24小時內(nèi)可愈合。經(jīng)過設計，這兩種材料在適當?shù)臏囟确秶鷥?nèi)對外部應力具有與真人皮膚一般的黏性和彈性。
